Il progetto EOS – Engineering Of bacteria to See light del Politecnico di Milano, ha l’obiettivo riunire specialisti in fisica, chimica, scienza dei materiali e microbiologia, per studiare le applicazioni dell’energia luminosa alla cura delle infezioni batteriche. Oggetto degli studi anche le infezioni provocate da batteri multiresistenti, che stanno mettendo a dura prova i sistemi sanitari mondiali.
Coordinato da Giuseppe Maria Paternò, docente del Dipartimento di Fisica dell’Istituto lombardo, il progetto ha ricevuto nel 2023 un finanziamento ERC da un milione e mezzo di euro, della durata di 5 anni. Avviato nel gennaio 2024, il progetto inizia a dare i primi risultati. Di recente il team ha pubblicato uno studio su The European Physical Journal Plus.
I primi risultati dello studio
Nel primo studio pubblicato gli autori mostrano come, grazie alla possibilità di modulare i segnali elettrici della membrana batterica attraverso la luce, si possa agire sull’assorbimento degli antibiotici.
Più nel dettaglio, il gruppo ha «utilizzato ziapin2, una molecola fotosensibile che altera il potenziale di membrana del Bacillus subtilis, per modificare l’efficacia di antibiotici come la kanamicina, che agisce all’interno della cellula, e l’ampicillina, che agisce esternamente.
Sotto luce blu (470 nm), la potenza della kanamicina si riduce notevolmente, indicando che i cambiamenti del potenziale di membrana influenzano l’assorbimento dell’antibiotico. Al contrario, l’ampicillina rimane pressoché efficace sotto illuminazione».
Nel loro laboratorio il team di ricerca sfrutta infatti l’energia contenuta nelle molecole foto trasduttrici che possono legarsi stabilmente alla membrana batterica per modificarne il potenziale elettrico e determinare cambiamenti nella comunicazione interno/esterno della cellula.
Il ruolo del potenziale elettrico di membrana
La membrana cellulare gioca un ruolo fondamentale nel regolare e stimolare la razione cellulare all’ambiente esterno. Per questo, a seconda di come viene modificato il suo potenziale elettrico, si possono influenzare le risposte cellulari all’ambiente.
«Questo legame fra interazione luminosa e risposta elettrica – conferma infatti il dott. Paternò, controlla funzioni biologiche fondamentali come la motilità, la formazione del biofilm e la sensibilità agli antibiotici. Modificando on demand il potenziale di membrana dei batteri, possiamo influenzare l’assorbimento di antibiotici e ripristinarne o aumentarne l’efficacia contro ceppi resistenti».
Grazie a questa possibilità, dimostrata dal recente studio, si possono trovare nuove strategie per rendere nuovamente sensibili agli antibiotici già esistenti i ceppi batterici che hanno sviluppato resistenza.
Tra i possibili sviluppi di questa ricerca vi è, inoltre, la creazione di robot batterici biocompatibili e fotoguidati per il rilascio mirato di farmaci, anche in parti dell’organismo difficilmente raggiungibili, come il tratto gastrointestinale.
Studio: Bertolotti P, Gallinardi F, Ghidoli M, Bertarelli C, Lanzani G, Paternò GM. Photocontrol of bacterial membrane potential regulates antibiotic persistence in B. subtilis. Eur Phys J Plus. 2025;140(4):336. doi: 10.1140/epjp/s13360-025-06263-7. Epub 2025 Apr 24. PMID: 40291950; PMCID: PMC12021945
